JPS64346B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、感湿素材及びそれを用いた感湿素子
に関するものであり、特には電気抵抗値が低く且
つヒステリシス曲線の直線性が良好な感湿素子の
製作を可能ならしめる新規な酸化ジルコニウム基
感湿素材及びそれを用いた薄膜型感湿素子に関す
る。 従来技術 近年、感湿素子が多くの分野で用いられるよう
になつている。感湿素子は、家庭用においては、
電子レンジ等の食品調理制御用、衣類乾燥機の乾
燥度検出用及びVTRのシリンダの結露検出用と
して用いられ、また工業用としては電子部品製造
の際の湿度管理用として広く用いられている。そ
の他、農業用としてハウスの空調用また自動車に
あつてはリアウインド・デ・フオツガの結露防止
に用いる試みが進んでいる。 空調等各種自動化システムにおいては、温度管
理に加えて湿度管理が不可欠となつており、高い
信頼性の下で動作し得る感湿素子の開発が要望さ
れている。 こうした要望に答えるものとして、電気抵抗式
感湿素子が実用化されている。これは、湿度の変
化を電気抵抗の変化として検知するものであり、
使用される感湿素材としては塩化リチウムに代表
される電解質素材系、有機高分子素材系、セラミ
ツク素材系等多数のものが提唱されている。電気
抵抗式感湿素子としては基本的に、電気抵抗値が
低いこと、抵抗−湿度特性の直線性が良いこと、
適正な動作範囲を持つこと、高温に耐えそして使
用環境において劣化しないこと等が要求され、こ
れらを総合的に満足するものとして最近ではセラ
ミツク素材系感湿材料が脚光を浴びつつある状況
にある。 セラミツク系感湿素材としては、酸化ジルコニ
ウム（ZrO₂）を主体とし、そこに酸化マグネシ
ウム（MgO）を添加した系が優れたものの一つ
として既に報告されている。そうした事情は例え
ば特開昭58−134401号に記載されている。そこに
記載されるZrO₂−MgO系感湿素子は、ZrO₂と
MgOの微粉末を所定割合で混合し、加圧後所定
温度で焼結することによつて多孔質の焼結体とな
し、これをスライスしたものに厚膜ペースト印刷
によつて電極を設けたものである。 感湿素子の形態としては、上記のように感湿素
材焼結体をスライスした角片に厚膜ペースト印刷
によつて電極を設けたバルク型と、基板にくし形
に代表される電極を形成し、その上に感湿素材を
塗布し、焼結する薄膜（塗布）型とが知られてい
る。 発明が解決しようとする課題 上記のZrO₂−MgO系感湿素子は、酸化ジルコ
ニウム単独の感湿素材を使用するものに比べて性
能の改善を成し遂げたが、斯界では、湿度の変化
に対して一層感度が良く、電気抵抗が低くしかも
ヒステリシス曲線（湿度−抵抗特性）の直線性が
良好なものが要望されている。 本発明の目的は、酸化ジルコニウムを主体とす
るセラミツク感湿素子において、湿度の変化に対
して一層感度が良く、低電気抵抗性を保持したま
ま特にヒステリシス曲線の直線性が良好な感湿素
子作製のために適した感湿素材を開発し、またそ
れを使用した高性能感湿素子を提供することであ
る。 発明の構成 本発明者等は、酸化ジルコニウムを主体とし、
そこに一定量のチタン酸塩及びタンタル酸塩の一
種以上を含む感湿素材が上記目的に適するとの知
見を得た。更に、この感湿素材を使用する感湿素
子形態として、薄膜型の感湿素子が適しているこ
とを見出した。 上記知見に基づいて、本発明は、(1)酸化ジルコ
ニウムを主体とし、添加物としてチタン酸塩及び
タンタル酸塩の一種以上を酸化ジルコニウムに対
して10〜60重量％の範囲で含有することを特徴と
する感湿素材を提供する。実施態様として感湿素
材はバインダーとして無鉛ホウケイ酸ガラスを含
有する。更に、本発明は(2)セラミツク基板と、該
基板上に形成された電極と、該電極上に形成され
た感湿部にして、酸化ジルコニウムを主体とし、
添加物としてチタン酸塩及びタンタル酸塩の一種
以上を酸化ジルコニウムに対して10〜60重量％の
範囲で含有する感湿素材とバインダーとの混合物
の焼結塗膜から成る感湿部とを備える感湿素子を
提供する。好ましくは、電極はくし形に形成され
る。 発明の具体的説明 本発明に用いる酸化ジルコニウム並びにチタン
酸塩及びタンタル酸塩は、高純度のものでありし
かも平均粒径が細かい、例えば0.5μｍ以下の粉末
を用いることが好ましい。チタン酸塩とは、例え
ばNiTiO₃、COTiO₃等であり、そしてタンタル
酸塩とは、例えばNiTa₂O₆、COTa₂O₆等である。 酸化ジルコニウムは、抵抗値が低く、その点で
は感湿素材として好ましい特性を有するが、反面
湿度の変化に対する電気抵抗値の変化に直線性が
ないという欠点がある。本発明は、酸化ジルコニ
ウムに添加物としてチタン酸塩及びタンタル酸塩
の一種以上を添加することにより直線性の改善を
得ることを基本原理とする。添加物は酸化ジルコ
ニウムに対して10〜60重量％の範囲で添加され
る。10重量％未満では添加効果がなく、他方の60
重量％を超えて添加すると酸化ジルコニウム本来
の特性が損なわれる。 焼結は比較的低めの温度で実施することが好ま
しく、そのためには焼結助剤としてのバインダー
を使用する必要がある。バインダーとしては無鉛
ホウケイ酸ガラスの使用が好ましいことが見出さ
れた。バインダーとして無鉛ホウケイ酸ガラスは
酸化ジルコニウムと添加物との合計量に対して５
〜15重量％の範囲で添加される。５重量％より少
ないと、焼結温度低減効果が発現しない。他方15
重量％を超えると強度低下その他の弊害が生じ
る。 上記の感湿素材を用いて、本発明においては、
好ましい型式の感湿素子として薄膜型感湿素子が
作製される。その製造例を以下に示す。 セラミツク基板、例えばAl₂O₃、SiO₂、ZrO₂製
基板上に第１図に示すようなくし形電極が形成さ
れる。これは、例えばアンダー電極としてのニツ
ケルを蒸着し、次いでその上に防錆用のアツパー
電極としての金を蒸着し、フオトエツチングを行
なうことにより形成される。他の方法として、例
えばルテニウムペーストを用いてのスクリーン印
刷による印刷法あるいは無電解メツキによりくし
形電極が形成される。 感湿素材が、好ましくは無鉛ホウケイ酸ガラス
であるバインダーと混合して、上記電極上に塗布
される。その後、130〜190℃の温度雰囲気中で
0.5〜２時間予備乾燥後、800〜900℃の温度で数
十分の焼結を行なう。以上により感湿素材とバイ
ンダーとの混合物の焼結塗膜から成る感湿部が得
られる。 実施例及び比較例 Al₂O₃基板上に、アンダー電極としてニツケル
を蒸着後、アツパー電極として金を蒸着し、第１
図に示すようなくし形電極をフオトエツチングに
より形成した。第１図において、１は18mm、２は
mm、３は６mm、４は0.13mm、５は12mmとして形成
した。 上記くし形電極上に、下記の手順で感湿素材を
塗布した。感湿素材としては、酸化ジルコニウム
に対しチタン酸ニツケル或いはタンタル酸コバル
トをそれぞれ50重量％添加し、その合計量に対し
10重量％の無鉛ホウケイ酸を混合し、アルミナ製
の自動乳鉢で粉砕しそして混練したものを用い
た。 粉砕、混練後ブチルカルビトールおよびエポキ
シ系樹脂塗料で粘度調整し、感湿膜の膜厚が20μ
ｍ前後となるようにスクリーン印刷することによ
り塗布した。 その後、170℃の雰囲気で１時間予備乾燥し、
850±10℃の雰囲気中で30分焼結することにより
感湿素子を得た。 この感湿素子の湿度に対する抵抗値の変化を、
測定周波数1000Hzそして測定電圧1Vとして測定
した結果、次表のような理想値との差が少ない、
即ち直線性の良いしかも全体的抵抗値が低い良好
な結果が得られた。

【表】 なお、本発明は、比較例と比較すると判るよう
に、ZrO₂の単独のものに比べ抵抗値は高いが、
いずれも直線性のある値を示し、ZrO₂のものは
湿度40％及び湿度60％の点において、理想値との
差が極めて大きく好ましい直線性が得られていな
い。 発明の効果 酸化ジルコニウムのみの感湿素材に比べ、湿度
変化に対する抵抗値の変化に直線性があり、ヒス
テリシス曲線も同一湿度においてはほぼ同一の値
を示す。本感湿素材を使用しての薄膜型感湿素子
は簡易な処理工程によつて高性能の素子を与え、
より低温で焼結することを可能ならしめる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、くし形電極を形成した感湿素子基板
の上面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 酸化ジルコニウムを主体とし、添加物として
   チタン酸塩及びタンタル酸塩の一種以上を酸化ジ
   ルコニウムに対して10〜60重量％の範囲で含有す
   ることを特徴とする感湿素材。 ２ バインダーとして無鉛ホウケイ酸ガラスを含
   有する特許請求の範囲第１項記載の感湿素材。 ３ セラミツク基板と、該基板上に形成された電
   極と、該電極上に形成された感湿部にして、酸化
   ジルコニウムを主体とし、添加物としてチタン酸
   塩及びタンタル酸塩の一種以上を酸化ジルコニウ
   ムに対して10〜60重量％の範囲で含有する感湿素
   材とバインダーとの混合物の焼結塗膜から成る感
   湿部とを備える感湿素子。 ４ 電極がくし形に形成される特許請求の範囲第
   ３項記載の感湿素子。